中性点是大气偏振模式的重要分布特征之一，在偏振光导航、大气环境监测、遥感探测等方面具有重要价值。在分析大气偏振模式的偏振度分布特性和中性线分布特性的基础上，提出了两种中性点检测识别方法，实现了对中性点的自动识别。实验结果表明，两种方法均实现了对实际大气偏振模式中性点的识别。其中，基于中性线相交特性的中性点识别方法具有较高的精度；基于偏振度分布的中性点识别方法具有较好的稳定性，在正午时分，优于基于中性线相交特性的中性点识别方法。综合运用两种方法，可以进一步提高对中性点的检测与识别精度。

斑点图像重建方法可以有效抑制大气湍流的影响，得到目标衍射极限像。然而系统静态像差破坏了波前的统计信息，降低了相位重建精度。通过理论分析得出在理想情况下，离焦、像散、彗差和球差中只有彗差会在重建结果中引入额外相位值。进一步采用分割光瞳的方式表示交叉谱传递函数与静态像差的关系时，指出通过选择交叉谱的平移向量方向，可以实现在特定方向上静态像差之间的平衡，降低系统像差对相位重建的影响。仿真中球差与离焦像差之间的平衡及离焦像差与像散之间的平衡，都起到了降低相位重建误差的效果。

采用速度影像技术研究了Eu原子4f76p1/28s自电离态的弹射电子角分布，能量覆盖了60600.0~61860.2 cm-1的范围。实验采用三步孤立实激发方法分步从基态4f76s2 8S7/2经中间态4f76s6p 6P5/2激发到4f76s8s 8S7/2 Rydberg态上，然后将其进一步共振激发至4f76p1/2(J=3)8s和4f76p1/2(J=4)8s自电离态。根据所用的激发路径及其选择定则可以得出自电离态的总角动量的可能取值；通过自电离过程的能量守恒，角动量守恒和宇称守恒原理推测出其向不同离子终态衰变所对应的弹射电子的能量范围和特性。利用电子透镜对上述自电离过程中产生的弹射电子进行聚焦和成像，通过位置敏感探测器对其动能进行分辨，运用速度影像技术进行数学变换和计算得到弹射电子的角向分布。同时，通过调谐第三步激光的波长，得出了角分布和各向异性参数随光子能量的变化规律，并给出了相应的物理解释。

为研究微波信号光纤传递的性能，提出了一种对相位波动在远端进行抵消补偿的微波信号光纤传递新方法。该方法利用法拉第旋转镜将远端返回的光信号再次返射至远端，对光纤链路因温度、压力变化引入的相位波动通过远端的倍频混频电路进行抵消补偿。理论仿真与验证实验证实了该方法的有效性。在微波调制频率为1 GHz，光纤链路长度为25.2 km的实验中，频率传递的稳定度损失为2×10-12 s-1 和 6×10-17 d-1。此方法优化了本地端的结构，本地端不需要光电光转换，无需设计相位信息的精确测量与实时补偿系统，且光纤链路引入的相位扰动对长期稳定度的影响可以降低约三个数量级。

脉冲式光纤激光器受到其重复频率的限制，导致其数据传输速率较低，严重影响了其在通信领域的应用。为了改善其性能并使其能更好地应用到通信领域，针对脉冲式光纤激光器的这种缺点，通过三种脉冲位置调制(PPM)调制方式对其进行调制并对其性能的影响进行了实验研究。通过改变三种PPM调制的调制位数脉冲时隙宽度对脉冲式光纤激光器的调制速率的影响以及三种PPM调制方式对脉冲式光纤激光器的输出功率误码率的影响进行了仿真研究。分析结果表明，单脉冲位置调制(L-PPM)调制方式最适合脉冲式光纤激光器，可以将重复频率为200 kHz的脉冲式光纤激光器的调制速率提高到1.387 Mbit/s，该结果有利于脉冲式光纤激光器在通信中的应用。

提出并验证了一种基于光学方法产生编码超宽带(UWB)信号的多用户通信系统，在发射端通过光纤直接传输用光学方法生成的UWB信号，在接收端对编码UWB信号进行相关运算，同时完成用户信息和数据信息的判决。系统具有简单扩容、易于接收、远距传输、可调谐性等优点。设计制作的多信道光纤光栅滤波器和色散光纤组合成的鉴频器是系统的核心器件。传输的信号用不同的码片组合来区分各个用户，系统只需调节激光波长来实现用户切换，产生了不同用户的光生编码UWB信号，并恢复出不同用户的信息，实现了多用户通信全过程。

针对可见光通信中不均匀限幅光正交频分复用（ACO-OFDM）系统发光二极管(LED)非线性限幅失真严重的问题，提出了一种降低LED非线性限幅失真的最优功率分配方法。基于原信号直接叠加非线性限幅失真成分的限幅处理模型，分析了ACO-OFDM系统中的LED非线性限幅失真；利用有效信噪比来衡量限幅失真，将限幅失真转化为有效信噪比分析；基于有效信噪比最优的原则给出了光功率约束下降低限幅失真的最优偏置信号和ACO-OFDM信号功率分配。仿真结果表明，当信道的信噪比较低时，信道噪声起主导作用；当信道的信噪比较高时，限幅失真起主导作用。在光功率约束下若不考虑偏置信号的影响而直接取其值为LED最小输出功率限制，则系统误码率(BER)在信道信噪比大于40 dB的情况下也始终大于10-2，而采用最优功率分配时可以保证系统具有较好的误码率性能，当光功率约束为200 mW和250 mW时，分别需要24 dB和27 dB的信道信噪比即可使得系统的误码率低于10-3。

提出了一种基于双随机相位编码技术的非线性双图像加密方法，并分析了其安全性。在该方法中，加密过程和解密过程以及加密密钥和解密密钥均不相同。加密过程具有非线性，解密过程则是线性的。将两幅待加密图像复合为复振幅图像，并利用双随机相位编码技术和切相傅里叶变换进行加密，加密过程中生成两个解密密钥，解密过程则在经典的基于4f系统的双随机相位编码系统中完成。相比经典的双随机相位加密技术和基于切相傅里叶变换的单图像加密技术，该加密方法的安全性更高，它能够抵御最近提出的基于两步振幅相位恢复算法的特定攻击。理论分析和仿真实验结果都证明了此加密方法的可行性和安全性。

水下成像环境复杂，为改进水下成像质量，在清水中掺入一定量的蓝绿墨水和牛奶来模拟不同的水质环境，采用不同波长的照明光源进行水下图像采集实验。考虑到水下的吸收和散射的影响，将不同光源采集到的图像特点进行对比分析，设计了一种新的光学方法来进行图像处理。结合长波长的红光抗散射和较短波长的蓝绿光抗吸收两方面的光传输特性，通过红光和绿光照明采集图像的灰度线性差值去除散射噪声信息，获取目标图像信息，在Windows和Android系统中进行图像采集和清晰化。实验结果表明该方法能有效增强图像清晰度，与虚光蒙板(USM)锐化算法相比计算量小，实时性高。

报道了直视合成孔径激光成像雷达装置在使用焦距为10 m的平行光管模拟远场条件下的阵列目标二维成像实验结果，实现的成像分辨率为1 mm。

航空相机拍照时，由于受到振动影响成像分辨率会降低。采用动态调制传递函数研究正弦振动对成像的影响，通过基于空间域的计算方法对高频和低频振动的调制传递函数(MTF)进行了分析，指出了曝光时间不等于振动周期整数倍的一般情况时，高频振动对成像质量的影响也具有随机性，但没有低频振动的随机性明显。采用快速反射镜作为振动源进行成像实验，对获得的振动图像使用小波变换提取图像的高频信息。实验中将曝光时间设定为20 ms，振动频率为50 Hz时，高频信息波动范围仅为0.0582×104，可以认为基本没有波动。当振动频率为15 Hz时，波动范围为0.6233×104，随机性很明显，而振动频率为65 Hz时，波动范围为0.1245×104，随机性不明显。通过高频信息与MTF的对应关系，实验证明了理论分析的正确性。在理论分析和实验的基础上，总结了正弦振动对成像影响的普遍性结论。该结论可用于分析成像系统光机结构设计，也可应用于图像去模糊，具有一定的意义。

三维(3D)非扫描激光雷达具有多表面目标距离分辨能力，可以用于对隐藏和伪装目标的识别。为了快速、准确地估计3D非扫描激光雷达多表面目标距离信息，提出了基于期望值最大化（EM）的单像素多表面目标的距离估计算法，通过对系统点扩展函数的参数化，该算法可以同时估计出成像系统点扩展函数和目标的距离信息。仿真实验结果表明，相比于传统的混合高斯匹配算法和维纳空间滤波算法，该算法在系统点扩展函数未知的条件下，可以将目标的距离估计精度分别提升大约70%和40%。

为了解决多时间延迟积分（TDI）电荷耦合器件（CCD）拼接遥感相机不同CCD通道间的成像串扰问题，提高相机信噪比（SNR）和成像质量，利用周期信号的傅里叶级数分析法推导成像串扰的数学模型。根据理论分析结果提出多TDICCD成像串扰的根本原因是CCD工作不同步造成TDICCD成像电路电源的地平面高频扰动影响到了相邻通道CCD有效视频信号的采集。从工程研制实际出发，采取CCD通道之间的工作电源隔离以及共用统一的系统时钟等措施对多TDICCD成像电路系统进行改进，抑制成像串扰的发生。对改进后的多TDICCD成像电路系统进行成像和信噪比测试。实验结果表明，采取的措施有效地去除了CCD通道间成像串扰条纹，相机信噪比得到了显著的提高，在相机入瞳辐亮度为42.6 W/(m2·Sr)的条件下，相机信噪比提高18.85 dB，达到了50.42 dB，且外场成像质量高，满足实际工程的需求。

提出了在一定的条件下，周期函数经过线性正则变换，结果仍然是周期函数，即利用线性正则变换可以产生泰伯效应，并从理论上给出了证明，得出了产生泰伯效应的条件。推导了特殊形式的线性正则变换（菲涅耳衍射、分数傅里叶变换和Gyrator变换）产生泰伯效应的条件，通过数值模拟验证了Gyrator变换的自成像条件，证明了该理论的正确性，从而将泰伯效应推广到了线性正则变换域。

为了能够对相位调制激光多普勒频移测量方法进行定量分析以及优化设计，使其在实际应用中获得最佳测量结果，从该多普勒频移测量方法的工作原理出发，对其测量误差分布规律进行了理论与实验研究，建立了该方法的测量误差模型。并利用该模型对此测量方法的频移测量精度等方面受相位调制频率和相位调制深度的影响进行了理论研究，发现当相位调制频率为Fabry-Perot干涉仪透射率曲线半峰全宽的0.63倍以及相位调制深度为1.08时，该方法的测量精度可以达到最高。

通过理论推导，给出了1/4波片复合双折射光楔偏振片型空间调制结构的误差矩阵，并在空间调制相位为0及0.5π的位置分别计算了理想像面光强受器件误差的影响程度。1/4波片的延迟量误差是将入射光斯托克斯参量的V分量引入调制光强中的主要原因，在调制相位为0.5π的位置，当延迟量误差为0.02π时，其调制系数为0.0314。在给定的器件误差范围内，入射斯托克斯参量具有同样的Q、U分量时，V=0.2会使得U分量测量偏差控制在0.45%内的概率从V=0时的80%左右下降到6%。利用计算机仿真分析得到了线偏振度测量偏差随入射条件的变化，在所有误差取误差范围内的最大值且入射光的V分量小于0.04时，在仪器未定标的条件下，线偏振度的相对测量偏差可以控制在0.5%以内。

为了加快投影物镜内部温度场和表面变形的求解速度，提出了一种快速求解算法。获得不同入射光强分布与透镜温度场及应变场之间的转换矩阵，对入射光强分布进行多项式分解，并将多项式系数与转换矩阵相乘实现镜片内部节点温度及表面面形变化的快速求解。通过求解三片不同类型透镜的节点温度与表面变形，验证了这一算法的求解精度与计算时间：直接进行有限元求解时，计算时间为600 s；而快速求解法的求解时间缩短至0.2 s，且它的计算时间不随节点数量的增多而增加。快速求解法对温度的求解精度可以达到0.002 ℃，对面形Zernike系数的求解精度可以达到0.005 nm，能够满足像差求解过程对温度与面形求解精度提出的要求。

为测量大聚光比聚集太阳能流密度分布，提出了一种基于红外热像仪和水冷朗伯靶的红外反射测量方法，并设计、研制了测量装置。在十六碟聚集器平台上，用该方法获得了清晰的聚集太阳能流分布红外图像。然后考虑太阳光锥、跟踪误差和面型误差，采用蒙特卡罗射线踪迹法对该十六碟聚集器的聚集能流密度进行数值模拟。通过对比实验结果与数值结果，明确该十六碟聚集器的面型误差为2.5 mrad。为测量大聚光比聚集能流密度分布和评价聚集器面型误差参数提供参考依据。

依据光栅图像的相位单调增长特性，提出了一种基于最小二乘法的单调光顺算法进行光栅相位误差校正。详细分析了光栅图像的相位单调特性和相位误差，以光栅图像相位的单调性为约束条件，改进了传统的最小二乘拟合方法，对绝对相位图进行相位误差校正。实验结果表明，该方法降低了投影仪伽马非线性造成的相位误差，误差减少60%以上，校正后的绝对相位具有光滑性良好的优点。

现有的大口径、宽动态范围红外测量系统的辐射定标需要制备大口径红外平行光管，该方法机动性差且成本较高。为了解决这一问题，提出了一种基于内、外定标修正的辐射定标新方法。该方法通过切换反射镜将中、高温腔型黑体辐射引入红外光学系统，并对部分光路进行中、高温段的内定标；使用面源黑体对全系统进行中、低温段的外定标；提取公共温度范围的内、外定标数据并处理以获取内、外定标之间的修正系数；对中、高温段的内定标数据进行修正可以获取全系统在中、高温段的辐射定标数据，结合外定标结果就得到了全系统、宽动态范围的辐射定标数据。使用该定标方法对某Φ400 mm口径的红外测量系统进行辐射定标，并根据定标结果反演黑体的辐射亮度和温度，辐射亮度反演的最大误差为1.35%，温度反演的最大误差为0.76 ℃，实验结果证明了该定标方法的有效性。

获得了一组方形域内标准正交的矢量多项式集，可以用于方形域内图像畸变映射及波前梯度等矢量数据的拟合。这组矢量多项式是用Gram-Schmidt方法将泽尼克梯度多项式标准正交化后得到的。由该矢量函数拟合被测波前斜率，拟合系数经过简单的线性变换就可以直接得到用泽尼克多项式描述的波前，获得被测波前的相位信息。实验结果表明，该矢量集可以对夏克哈特曼传感器测得的方形孔径内的斜率进行很好的拟合。这种矢量拟合重构方法能获得很好的被测波前，具有与Southwell区域法相同的精度。

光学薄膜的反射率和透射率是其主要光学特性。透射率易于测量且精度较高，常用于光学薄膜光学常数和膜厚的拟合。许多光学薄膜工作在倾斜入射条件下，常需要测量其倾斜入射透射率（Ts和Tp）。在测量过程中，需要使用起偏器产生高偏振度的线偏振光。对于小型分光光度计来说，为其提供一个满足要求的起偏器，无疑将增加相当的成本。为解决这一问题，对旋转入射面法进行了进一步的研究和推广。考虑到旋转入射面法可使用具有一定偏振度的部分偏振光进行倾斜入射透射率的测量，且分光光度计的输出光束通常为具有一定偏振度的部分偏振光，旋转入射面法在满足一定条件的前提下可以不使用起偏器测量光学薄膜的倾斜入射透射率。研究表明：当偏振因子绝对值大于0.167时，旋转起偏器可以精确测量光学薄膜的倾斜入射透射率，且偏振因子绝对值越大测量精度越高。该方法所测平均透射率在整个测量波段内都具有很高的精度；而Ts和Tp在透射率对入射角较不敏感或随波长变化较平坦的波段具有较高的测量精度。

为了有效地检测结构中的损伤位置及其形状，开展了基于超声导波干涉特征提取算法的损伤成像技术研究。在波场可视化的基础上，从波场历程中进一步分析了损伤对超声导波传播的影响；为了提取损伤附近超声导波干涉的能量，采用时间与空间域上的傅里叶变换对波场中的入射波和反射波进行分离，并根据计算出的干涉能量分布完成了损伤的成像；由于损伤产生的干涉能量在空间上的分布较广，为了减少损伤区域外的干涉能量，提高图像中损伤形状的分辨率，利用实Morlet小波分析的方法对宽频信号进行处理，提取窄带信号分量再进行干涉能量计算，提高了损伤成像的信噪比。

研究了一种单双波长可切换的线偏振掺镱双包层光纤激光器结构，腔内插入可以绕光轴方向旋转的立方体偏振分束器(PBS)进行偏振控制，实现单双波长的转换。激光谐振腔由高反射率的双色镜和较低反射率（10.2%）的保偏光纤布拉格光栅（PM-FBG）构成；由于保偏光纤光栅的偏振选择反馈作用增强了偏振烧孔效应，通过调节谐振腔内偏振分束器的旋转角度实现了激光的单双波长之间的切换。利用琼斯矩阵理论分析了偏振态与旋转角度的关系，其结果与实验结果吻合。实验中输出激光的双波长为1070.08 nm和1070.39 nm、功率为1 W、激光信噪比为48 dB、斜率效率为34%、3 dB带宽为0.02 nm。利用格兰汤姆孙棱镜对该激光的偏振特性进行了研究: 单波长运转时为线偏振激光，偏振度达13.37 dB；双波长运转时为正交偏振激光。

准确估计道路场景图像中的深度信息，是智能交通和机器人导航中对障碍物估计和定位的关键。基于区域特征理解的单幅静态城市道路图像深度估计算法，可以通过边缘生长图像分割算法得到一系列封闭的图像区域；然后统计每个分割区域自身的多元特征,包括区域的颜色、面积、位置，所包含的直线、垂线和平行线；基于这些特征，进一步估计道路消失点，并实现天空、垂直面和道路区域的分割和三维空间推理，最后根据典型道路的深度变化规律实现对道路图像的深度估计。实验结果表明，该算法能够有效地估计道路消失点以及道路区域内部的渐变深度信息。

针对基于机器视觉的农业导航机器人在图像处理时易受光照变化影响和常规导航线检测算法实时性、稳健性不高等问题，提出了YCrCg颜色模型，选择该颜色模型中与光照无关的Cg分量进行后续图像处理，采用基于二维直方图的模糊C均值聚类法(FCM)进行图像分割，并根据图像中作物行的特点，提出了基于直线扫描的作物行直线检测算法。该算法将图像底边和顶边像素点作为直线的两个端点，通过移动上下端点位置产生不同斜率直线，选择包含目标点最多的直线作为作物行中心线。实验表明，不同光照下基于YCrCg颜色模型的图像分割可以有效地识别出作物行，处理一幅640 pixel×480 pixel图片耗时约为16.5 ms，直线扫描算法能快速准确的检测出导航线，与最小二乘法、Hough变换等算法相比具有速度快、抗干扰性强等优点。

贝塞尔晶格是在自聚焦光折变晶体中通过光诱导产生的，研究了涡旋光束在贝塞尔晶格中的传输特性。通过数值仿真发现改变参数的值，即改变晶格上外加电场强度的大小、贝塞尔晶格的横向尺度系数以及晶格深度，会出现完全不同的传输结果。这些结果表明：由于晶格的存在，输入的环状涡旋光束可以克服自身因聚焦非线性而引起的方位角调制不稳定性；当条件适当时，涡旋光束可以形成环状涡旋孤子并稳定地传输很长距离；当输入光束的能量并不是完全落在贝塞尔晶格的环状信道中时，在传输过程中光束可能演变成为一个大环环绕一个小环的双环结构。

以描述光波在非均匀梯度折射率波导中传输的变系数非线性薛定谔方程为模型，讨论亮、暗自相似光波在不同波导系统中的形成和管理。根据该方程的光学自相似解，分别研究自相似光波在克尔非线性平面波导、均匀的梯度折射率平面波导、周期分布的梯度折射率波导和双曲分布的梯度折射率波导中的演化。结果表明，自相似光波的形成与波导系统的线性折射率分布和非线性折射率分布有关。在均匀系统和双曲分布的系统中，都可实现对自相似光波的压缩和放大，但在双曲分布系统中，自相似光波的传输距离会受到更大的限制。在周期振荡系统中，则可形成周期振荡且稳定传输的自相似光波。

遥感测绘应用要求光学系统焦距长、幅宽大、畸变低、体积小，并且可以实现与卫星平台的一体化设计。经过结构优选，采用改进型同轴三反结构，同时实现了长焦距、大幅宽和低畸变。由于二次遮拦和大视场的影响，一般的非球面优化设计成像质量不能满足要求。自由曲面的加入有效地增加了光学系统优化的自由度，经过优化设计后，光学系统设计传递函数大于0.418（72 lp/mm），最大相对畸变小于0.00145%，光学系统成像质量明显提高。利用计算全息（CGH）技术实现了自由曲面的检测与精磨加工，设计残余波像差均方根(RMS)值为0.007λ，峰谷(PV)值为0.027λ，满足自由曲面的面形公差要求。加工、装调后实测光学系统的实验室静态传递函数，弧矢方向最低静态传递函数为0.225（72 lp/mm），满足系统技术指标要求。

为了更好地了解拼接望远镜光学系统的光学性能，对拼接主镜中分块镜的各种误差对望远镜光学系统的影响进行有效的分析计算。从几何光学入手，采用光线追迹方法，建立了拼接望远镜光学系统的数值仿真模型。利用该模型，可以模拟不同口径和分块镜数拼接望远镜的光学系统；可仿真分析拼接主镜中分块镜由于轴向平移、倾斜、旋转和径向平移等各种误差引起的波像差以及对远场图像的影响。并计算了不同误差项对光学系统斯特雷尔比的影响，为发展大口径望远镜提供技术支持。

采用静电近似理论计算了Ag纳米棒阵列在不同偏振光入射下的消光光谱。当入射光偏振方向平行于纳米棒长轴时会激发表面等离激元纵向振动模式，而当入射光偏振方向垂直于纳米棒长轴时会激发表面等离激元横向振动模式。基于两种模式共振波长的不同，采用Ag纳米棒阵列可以用来设计高性能的表面等离激元微型偏振器。Ag纳米棒阵列的偏振性能在纵向共振波长明显优于在横向共振波长，通过调节纳米棒的纵横比可以对纵向模式的共振峰位进行大范围调控。结果表明这种微型偏振器所适用的波长能够通过纳米棒的纵横比在可见到近红外波段范围内调控，而消光比和插入损耗能够通过纳米棒的直径和长度实现调控。

在分析存在外部因素影响光电设备跟踪能力检测的基础上，提出了利用建模分析的方法，在外部因素（目标速度、目标大小、目标亮暗和物方目标对比度）和图像目标对比度之间建立起数学模型。实验采用可调对比度无穷远目标源装置、高速摄像机、精密转台和捕获仿真装置等建立检验环境，通过数学模型分析和图像分析相互验证，着重对不同的外部因素进行了特性分析。实验结果证明：在背景辐亮度为3.2 W/(sr·m2)的工况条件下，拟合的方程能够准确地表述各外部因素与图像对比度的数学关系，通过设定各外部因素水平能够对光电跟踪设备的捕获能力进行有效检测。

提出了一种基于填充式多孔光纤的宽带太赫兹偏振分离器。结构设计采用折射率反转匹配耦合法，数值模拟采用有限元法，光纤基底选择聚合物材料TOPAS。研究了普通三角晶格多孔光纤填充前和填充后的色散和双折射特性，发现通过隔行填充匹配材料，多孔光纤的模式双折射提高了一个数量级，由10-3提高至10-2。利用两根纤芯微结构具有正交关系的填充式多孔光纤实现偏振分离功能。模拟结果表明，该偏振分离器在0.8~2.5 THz频率范围内都能够实现偏振分离。在1 THz，分离长度为0.77 cm；x，y两偏振奇模和偶模的实际吸收损耗均小于0.2 dB；消光比分别为-12.73 dB和-13.70 dB。与以往双芯光子晶体光纤偏振分离器设计相比，该设计具有结构简单、易于实现、可调谐、宽带和低损耗等优点。

对用于光栅优化设计初值估计的简化模式法(SMM)进行了修正。考虑介质光栅的反射对透射率的影响，从多层膜等效的角度结合模式理论，推导出介质光栅的透射效率公式，实现了对SMM的修正。计算结果表明，与SMM相比，修正后的方法与严格耦合波（RCWA）的计算偏差大大缩小，TE和TM波都小于2%。因此相对于只能提供设计参数优化初值的SMM，该方法可对光栅参数进行优化；与RCWA相比，该方法将透射光栅的衍射效率表达成模式的相位差偏移和光栅与空气导纳之差引起的反射，更直观地展示了光栅衍射的物理过程。基于此修正的简化模式法（MSMM），优化设计了一个双端口光栅分束器，该光栅在1020~1100 nm波段，TE波和TM波的0级和-1级透射效率都在50%左右，具有较好的分束效果。

研究了考虑内禀退相干情况下，两粒子XXZ海森堡系统中量子纠缠在各种外界因素影响下的动态演化规律。研究发现无论系统的初态是否处于最大纠缠态，内禀退相干都会对系统纠缠的含时演化有明显的抑制作用。如果系统的初态为纠缠态|ψ(0)〉=c|01〉+d|10〉，系统的纠缠与各向异性参数和外加磁场没有关系，却受到Dzyaloshinskii-Moriya(DM)相互作用程度和内禀退相干因素的明显影响；如果系统的初态为纠缠态|ψ(0)〉=a|00〉+b|11〉，系统的纠缠与DM相互作用大小和各向异性参数无关，纠缠程度不仅要受到内禀退相干因素的影响，还会被外加磁场进一步削弱。

对玻色爱因斯坦凝聚中拉曼跃迁的拉比频率和耦合强度进行了实验研究，拉比频率是光与原子相互作用中的一个重要参量，用于衡量原子与光场之间耦合强度的大小，而拉曼跃迁耦合强度是自旋轨道耦合实验中的一个重要参数。研究了不同拉曼光频率失谐下，87Rb在F=1时的超精细塞曼子能态|1,0〉和|1,1〉间的拉曼跃迁拉比振荡。在800 nm的拉曼光作用下，观测到超精细态F=2的5个塞曼能态间同时耦合的拉比振荡。该工作有助于87Rb自旋轨道耦合实验中参数的优化选择。

直视合成孔径激光成像雷达采用内发射场直接波面变换平动扫描发射，通过自差接收实现高分辨率成像。由于远场目标位置的光场分布取决于内发射光场，因此内发射场的波前像差会对激光雷达图像质量产生影响。采用Zernike多项式描述波前像差，对初级像差造成直视合成孔径激光成像雷达的成像影响进行了研究，理论分析和仿真结果表明：离焦、象散、彗差和球差对成像的影响最为严重，像差越大，其对成像分辨率的影响也越大。当像差的均方根值小于0.05λ时，对成像分辨率的影响很小，当像差的均方根值为0.25λ时，其象散和彗差引起成像分辨率近似增大到原来的3倍。彗差和球差还造成不同目标位置的成像分辨率不同，离中心位置越远，成像分辨率增加越快。

光学遥感器在轨运行期间，受温度变化、空间辐射等因素的影响，其光谱响应特性会产生变化，进而使目标物理量的测量值产生退化。以光谱靶标为检测参照，通过建立合适的退化模型，可以实现对遥感器光谱响应特性的在轨评估。为达到这一目的，需要针对遥感器的光谱响应函数设计出合适的光谱靶标，通过仿真模拟计算，得出了光谱反射率呈高斯模式的光谱靶标最适合进行在轨评估的结论，在轨实验结果初步验证了设计结果的正确性。

针对扫描反射镜和电荷耦合器件(CCD)时间延迟积分(TDI)无法完全补偿前向像移和摆扫像移的问题，提出了TDI-CCD全景航空相机像移速度场的计算模型。根据相机结构和像移补偿原理，用坐标变换和共线方程建立了成像几何模型，在此基础上利用微分法推导出像移速度场的解析式。数值分析表明，像点位置越接近CCD靶面的后边缘，扫描角和前向补偿角越大，像移速度越大。对于TDI级数为100、CCD像元数为14000的全景航空相机，当扫描角小于-1.5°、前向补偿角小于4.16°时，可满足最大像移补偿残差小于1 pixel的要求。实验结果验证了模型的有效性，该模型可作为定量分析TDI-CCD全景航空相机像移补偿误差的理论依据。

基于2011年6月1日至16日先进微波扫描辐射计(AMSR-E)的观测资料，采用改进的主成分分析算法，对欧洲陆地区域的无线电频率干扰(RFI)进行识别和分析。研究发现影响英国和意大利的X波段RFI源主要是稳定的、持续的地面主动源，而影响欧洲其他国家的RFI则主要是反射的静止电视卫星信号对星载微波被动传感器观测的干扰。源于静止电视卫星的RFI出现位置和强度随时间周期性变化，在欧洲陆地多出现在星载微波辐射计升轨观测上，降轨观测则几乎不受其干扰。RFI出现位置和强度与星载微波辐射计扫描方位角和观测视场相对静止电视卫星的方位有关，只有当星载微波辐射计视场扫描方位角大小与该视场相当于静止卫星发射方位角大小接近时该视场易受RFI影响。

提出了一种利用光学卫星五谱段合一多光谱相机影像定量检测卫星颤振，并采用点扩展函数（PSF）空间移变降质模型对影像进行恢复的方法。从时间延迟积分(TDI)电荷耦合器件(CCD)的工作原理出发介绍了卫星颤振对TDICCD影像的影响，提出了利用五谱段合一多光谱相机影像进行卫星颤振定量检测的方法，在颤振检测技术中，利用了稳定的相位辐角相关匹配算法进行波段间配准，算法的匹配精度可达到1/50 pixel。提出了利用PSF空间移变降质模型对影像进行恢复的方法。对资源三号（ZY-3）北京区域的影像进行了实验，用清晰度、细节能量、边缘能量和图像对比度作为客观评价标准。结果表明，恢复后的影像客观指标提高约2倍。同时，用SPOT5同区域正射影像进行了客观指标的横向对比，对比的结果也初步表明能较好地恢复卫星颤振降质。

设计并验证了一种基于分布布拉格反射（DBR）光纤激光器的高灵敏度微振动传感器。该传感器结构采用常见的质量块弹簧系统，质量块由于重力作用对DBR激光器的谐振腔产生侧向压力。当测试平台发生振动时，谐振腔所受到的侧向压力发生变化，导致激光器输出的两正交偏振模式产生的拍频信号改变。通过高速光电探测器和多通道数据采集平台对拍频信号进行采集，使用LabVIEW编程对采集信号进行处理，实现了对振动加速度信号的实时监测。理论分析与实验结果表明，该传感器具有极高的加速度灵敏度，对于单位重力加速度g其灵敏度达吉赫兹量级，能检测到微弱的振动信号。相较于传统光纤振动传感器而言，该传感器将光谱分析转化为频谱分析，使信号的采集与解调更加简单，且获得了更高的灵敏度。进一步分析表明，此结构在微重力环境下进行测量也是可行的，因此，在航空飞行器关键部件的微振动测量中有较大的应用潜力。

研究了重金属Cr元素薄膜法X射线荧光(XRF)光谱分析中的滤膜，结果表明亲水性聚四氟乙烯滤膜对Cr元素富集具有较好的均匀性，并且对该滤膜上Cr元素进行XRF光谱测量具有较好的灵敏度。利用亲水性聚四氟乙烯滤膜对不同浓度的Cr元素进行富集，并且利用XRF光谱进行测试，结果表明当Cr元素的面积浓度在3.84~167 μg·cm-2范围内时，Cr元素XRF光谱中Kα特征谱线的积分荧光强度与Cr元素的面积浓度之间具有非常好的线性关系，线性相关系数为0.996，检测限为0.3 μg·cm-2。对实验室水龙头出来的自来水水样进行加标回收实验，得到回收率在93.85%~101.95%之间，相对标准偏差小于2%。因此，以亲水性聚四氟乙烯滤膜为富集滤膜的薄膜法XRF光谱分析法，能够很好地应用于水样中重金属Cr元素的分析与检测。

超光谱成像遥测污染气体的主要目的是对其进行识别分类，进而获得其空间分布信息，确定污染源位置。实际应用中，目标光谱叠加在强背景辐射之上，此外开放路径中的实测光谱还包含大气等干扰物光谱，这些因素制约了对目标光谱的识别分类。在线性模型基础上，利用正交子空间投影方法有效压缩背景及干扰物信息，并基于广义似然比检验原理构建子空间检测器，对所有像元逐个分类识别。以氨气为目标气体进行了野外实验，数据立方体来自扫描成像傅里叶变换红外(FTIR)光谱仪，子空间向量由奇异值分解(SVD)算法得到。结果表明，子空间检测器对所有像元的识别结果优于光谱角度填图(SAM)算法。

紫外日盲通信凭借其优良的光学特性被越来越多地应用在光学系统中。紫外日盲通信系统与常规通信系统相比，具有结构简单、虚警率低、灵敏度高、隐蔽性强等独特优势。为了满足紫外通信系统的技术要求，提高信号采集效率，需要一种日盲光谱滤光膜来保证其稳定工作。根据薄膜理论，选择合适的紫外薄膜材料，在设计方面通过对独立敏感度和误差分布的分析与修正，降低了膜层的敏感度，同时在薄膜制备过程中通过逆向测试分析法，解决了由于设备与控制误差导致的膜厚问题。制备的紫外滤光膜在240~280 nm透射率为86%，290~360 nm波段截止度小于0.2%，并通过了国军标的相关环境测试。

光子自旋霍尔效应是一种潜在的精密测量工具，在探测微结构材料结构参数变化的研究中具有重要的物理意义。基于光子自旋霍尔效应的弱测量模型研究了纳米金属薄膜中的光子自旋霍尔效应，研究结果表明当弱测量中放大角取相应的特殊值时（即最佳弱测量点），纳米金属薄膜中光子自旋霍尔效应的放大后横移值可达到最大，大大提高了光子自旋霍尔效应的探测精度；在最佳弱测量点得到的放大后横移可以更精确地推断出金属薄膜的实际厚度。实验结果与理论分析符合较好，该方法为研制基于光子自旋霍尔效应的精密测量工具提供了理论与实验基础。

讨论了大气探测红外分光辐射计第1光谱通道超窄带滤光片的研制情况。采用富碲碲化铅材料作为高折射率膜层材料，通过控制沉积速率、沉积温度、真空度等工艺参数，镀制的膜层具有小的自由载流子浓度，整个膜系具有低的光吸收和高的透射能量。研制出入射光束半锥角Φ为18°时，中心波长14.95 μm、带宽0.065 μm、相对带宽小于0.5%的长波CO2超窄带滤光片。该超窄带滤光片已实现空间应用5年，在天气预报数据获取中工作稳定。

为提高自适应光学人眼波像差校正和视网膜成像效果，研究了人眼动态波像差的特性。利用采样频率为300 Hz、曝光时间为3 ms的哈特曼传感器，搭建波像差探测系统。误差分析和模拟人眼实验表明，该系统对动态波像差的测量误差均方根（RMS）均值仅为0.01λ。人眼波像差探测结果表明，人眼存在150 Hz以上的波像差，可能对自适应波像差校正造成影响。这种影响可通过延长探测和成像曝光时间的方法来抑制。为了达到衍射极限，对于稳定盯视状态下的人眼，3 ms探测曝光、探测校正周期不超过45 ms的自适应系统，其校正残差均方根在λ/14以下；当曝光时间增加到6 ms时，该周期可放宽至62 ms。研究了倾斜像差的波动对成像的影响，确定了高分辨率人眼眼底成像中，成像曝光时间最长不能超过9 ms。上述结果表明，将自适应光学视网膜成像的探测曝光与成像曝光时间均定在6 ms左右，可获得更好的校正和成像效果。

为了优化主动快门式立体显示中的闪烁现象，对环境光的影响进行了深入的研究。研究中使用高采样率瞬态亮度响应测量系统对透过快门眼镜的环境光信号进行实时测量和记录，测量的时域信号经过傅里叶变换后得到对应的频域信号，用来分析环境光影响闪烁的可能原因。同时，基于多参数可调的发光二极管(LED)照明系统完成了两组视觉感知实验，结果表明，环境光的频率、最大光强、占空比以及显示器的显示内容等参数对人眼透过快门眼镜感受到的环境光闪烁程度有显著性的影响，120 Hz或以上的倍频光作为匹配环境光可以消除环境光闪烁并且达到比较好的舒适度。研究结果对主动快门式立体显示中闪烁感的优化以及视觉舒适度的提高具有指导和推动作用。